當科幻照進現實，人體或將成為能量流動的智能電網。日前，記者從太原理工大學獲悉，該校教授孫宏斌團隊提出“人體電網”創(chuàng)新概念，通過可穿戴技術實現個體層面的能源管理，為全球節(jié)能減排提供全新路徑。相關研究成果發(fā)表于《通訊工程》。
近年來，全球氣候危機加劇，傳統的能源解決方案已難以滿足日益增長的節(jié)能減排需求。盡管大規(guī)模能源轉型和區(qū)域性低碳項目已取得顯著進展，但個體層面的能源效率提升和行為優(yōu)化仍具有巨大潛力。
“人類既是能源的使用者，又能通過自身活動產生能量，若在人體上構建類似的‘電網’系統，整合可穿戴的‘源網荷儲’，不僅可以實現個體層面的能源管理，更能開辟自下而上的減碳新路徑。”2019年，孫宏斌萌生了構建人體電網的想法。
孫宏斌解釋，人體電網是一種可穿戴的物理信息生命系統。其通過協同人身上的源、網、荷、儲與通信，實現對人體及周邊環(huán)境的態(tài)勢感知、實時處理和安全預警，并可以針對穿戴者的動態(tài)需求與人體、設備、外界環(huán)境進行高效交互，在滿足人體舒適性需求的同時，達成節(jié)能減碳的目標。
基于上述目標，研究團隊設計并測試了人體電網原型系統。研究團隊成員、太原理工大學電氣與動力工程學院教師許嘉禾介紹，團隊充分考量人體不同部位靈活性與舒適度要求，對“源網荷儲”設備進行科學合理的布局，以確保系統的輕量化與靈活部署。通過搭建可穿戴的通信網絡和能源傳輸網絡，團隊打造出高效便捷的數據交互與能源調配架構。同時，借助開源電子原型平臺Arduino作為微控制單元（MCU），實現了對人體電網系統的實時控制以及與穿戴者的高效交互，為系統的智能化運行提供了有力支撐。
“人體電網作為一種通用的可穿戴能源平臺，能夠依據穿戴者所處的環(huán)境和需求，靈活調整能源管理策略。”許嘉禾說，室外環(huán)境下，系統可實時優(yōu)化能源管理，協同內部設備，智能收集和分配能源。這樣不僅能克服用能設備續(xù)航的木桶效應，避免因個別設備電量耗盡而影響整體戶外活動時間，還能保障在復雜條件下高效利用能源。而在室內環(huán)境下，系統可通過安裝加熱或制冷設備，精準調節(jié)個體溫度。
許嘉禾說，這種精準控溫方式打破了傳統暖通（制冷供暖、通風）對整個空間進行調控的模式，有效解決了能耗較大的問題。人體電網將用能的空間尺度從整體空間縮減到人體，在實現精準能源供給的同時，節(jié)省了大量能量，為節(jié)能減排提供了新的思路。
為評估人體電網的節(jié)能降碳潛力，研究團隊還開展了建筑級別的能耗模擬。實驗結果顯示，相較于傳統空調供暖方案，人體電網的協同策略可減少61.0%的能耗，并降低57.5%的電費支出。其顯著的節(jié)能效果得益于人體電網與建筑設備的高效協作，通過精準調控室內溫度和能源分配，實現最優(yōu)能源利用。
此外，研究團隊利用全球建筑能耗模型進一步驗證了人體電網的廣泛適用性。模擬結果顯示，該技術每年可節(jié)省約6611億千瓦時電力，相當于全球建筑暖通電力消耗的50%。這一數據表明，人體電網不僅能夠大幅降低制冷與供暖需求，還能在不同氣候條件下保持高效節(jié)能。
許嘉禾介紹，未來研究團隊將持續(xù)深耕人體電網在節(jié)能減碳領域的應用，進一步挖掘潛力并優(yōu)化系統性能。同時，積極探索人體電網在極寒、極熱、太空、高原等極端環(huán)境下的應用潛力。
當科幻照進現實，人體或將成為能量流動的智能電網。日前，記者從太原理工大學獲悉，該校教授孫宏斌團隊提出“人體電網”創(chuàng)新概念，通過可穿戴技術實現個體層面的能源管理，為全球節(jié)能減排提供全新路徑。相關研究成果發(fā)表于《通訊工程》。
近年來，全球氣候危機加劇，傳統的能源解決方案已難以滿足日益增長的節(jié)能減排需求。盡管大規(guī)模能源轉型和區(qū)域性低碳項目已取得顯著進展，但個體層面的能源效率提升和行為優(yōu)化仍具有巨大潛力。
“人類既是能源的使用者，又能通過自身活動產生能量，若在人體上構建類似的‘電網’系統，整合可穿戴的‘源網荷儲’，不僅可以實現個體層面的能源管理，更能開辟自下而上的減碳新路徑。”2019年，孫宏斌萌生了構建人體電網的想法。
孫宏斌解釋，人體電網是一種可穿戴的物理信息生命系統。其通過協同人身上的源、網、荷、儲與通信，實現對人體及周邊環(huán)境的態(tài)勢感知、實時處理和安全預警，并可以針對穿戴者的動態(tài)需求與人體、設備、外界環(huán)境進行高效交互，在滿足人體舒適性需求的同時，達成節(jié)能減碳的目標。
基于上述目標，研究團隊設計并測試了人體電網原型系統。研究團隊成員、太原理工大學電氣與動力工程學院教師許嘉禾介紹，團隊充分考量人體不同部位靈活性與舒適度要求，對“源網荷儲”設備進行科學合理的布局，以確保系統的輕量化與靈活部署。通過搭建可穿戴的通信網絡和能源傳輸網絡，團隊打造出高效便捷的數據交互與能源調配架構。同時，借助開源電子原型平臺Arduino作為微控制單元（MCU），實現了對人體電網系統的實時控制以及與穿戴者的高效交互，為系統的智能化運行提供了有力支撐。
“人體電網作為一種通用的可穿戴能源平臺，能夠依據穿戴者所處的環(huán)境和需求，靈活調整能源管理策略。”許嘉禾說，室外環(huán)境下，系統可實時優(yōu)化能源管理，協同內部設備，智能收集和分配能源。這樣不僅能克服用能設備續(xù)航的木桶效應，避免因個別設備電量耗盡而影響整體戶外活動時間，還能保障在復雜條件下高效利用能源。而在室內環(huán)境下，系統可通過安裝加熱或制冷設備，精準調節(jié)個體溫度。
許嘉禾說，這種精準控溫方式打破了傳統暖通（制冷供暖、通風）對整個空間進行調控的模式，有效解決了能耗較大的問題。人體電網將用能的空間尺度從整體空間縮減到人體，在實現精準能源供給的同時，節(jié)省了大量能量，為節(jié)能減排提供了新的思路。
為評估人體電網的節(jié)能降碳潛力，研究團隊還開展了建筑級別的能耗模擬。實驗結果顯示，相較于傳統空調供暖方案，人體電網的協同策略可減少61.0%的能耗，并降低57.5%的電費支出。其顯著的節(jié)能效果得益于人體電網與建筑設備的高效協作，通過精準調控室內溫度和能源分配，實現最優(yōu)能源利用。
此外，研究團隊利用全球建筑能耗模型進一步驗證了人體電網的廣泛適用性。模擬結果顯示，該技術每年可節(jié)省約6611億千瓦時電力，相當于全球建筑暖通電力消耗的50%。這一數據表明，人體電網不僅能夠大幅降低制冷與供暖需求，還能在不同氣候條件下保持高效節(jié)能。
許嘉禾介紹，未來研究團隊將持續(xù)深耕人體電網在節(jié)能減碳領域的應用，進一步挖掘潛力并優(yōu)化系統性能。同時，積極探索人體電網在極寒、極熱、太空、高原等極端環(huán)境下的應用潛力。
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